桁架式柱的计算常被忽视的问题

　　通过工程实例的计算结果，揭示桁架式柱在设计中容易被忽视的问题以及带来的后果，进一步说明结构工程师对设计软件使用所应持的正确态度。

　　关键词:桁架式柱 整体稳定 计算软件

　　一、桁架式柱转自环球网校edu24ol.com

　　钢管桁架作为梁结构的使用是我们所熟悉的，空间体系常用的有倒三角型，即三根钢管作为弦杆，以及有四根钢管的矩形或者梯形的结构形式。钢管桁架作为柱结构来使用也越来越普遍了，实际上它也是一种格构式柱，弦杆就是柱的分肢，腹杆就是柱的缀材。在具体设计过程中，也就是在利用分析设计软件进行计算时，通常意义上的格构柱，在计算模型中我们往往作为一个整体构件，而对桁架式柱，则所有的弦杆腹杆作为模型中的独立的单元，因为现在的计算机的容量处理它们早就不再是问题了。

　　为什么会这样做呢?因为有些结构工程师这样觉得计算会更加精确，每个小构件，软件都给出了它们的应力值。但是有个问题值得讨论一下，我们知道，对受压构件，在设计中要进行强度计算和稳定计算，对强度计算没什么问题，对稳定呢?软件给出的一般是所谓的单杆稳定，弦杆的计算长度系数一般默认取为节间距离,而单杆稳定应力也是基于这个计算长度的，对应单杆稳定，还有一个名词叫整体稳定分析，一般的结构分析软件是不包含这个内容的(当然，如果你有这方面的意识，是完全可以找到计算它的途径)。也就是说，我们有可能忽视了一项计算内容，那会有什么后果呢?下面我们通过一个具体的工程实例进行分析。

　　二、工程实例

　　有某篮球场，长39m，宽44.4m，单跨22.2m共两跨，柱距7.8m，屋面排水坡度按圆弧的坡度内排水，最高处为11.5m，最低处为8.348m。屋面采用单层彩钢板，四周墙面敞开。恒载为0.25KN/ m2，活载为0.50 KN/ m2，基本风压为0.35 KN/ m2。屋面梁采用焊接H形钢梁;中柱采用焊接H形钢柱;边柱采用四弦杆桁架柱;中柱与钢梁刚接连接，边柱与钢梁铰接连接。

　　桁架截面参数：四根弦杆采用Φ140x4.0圆管，弦杆中心距均为0.8m;腹杆均为Φ60x3.0圆管;材质均为Q235B。柱高为11.7m。用“3D3S”结构设计软件计算得柱的最大应力比，强度：0.10，稳定：0.12。

　　为了进一步说明问题，我们对此工程的桁架柱的参数作一些修改。

　　材料：Q235级钢

　　桁架高0.4m，宽0.4m;竖腹杆(水平缀条)间距为0.6m

　　截面规格：弦杆(分肢)Φ140x6.0，腹杆(缀条)均为Φ60x3.0

　　对X轴的计算长度：30m

　　对Y轴的计算长度：30m

　　假定轴向力：-658.24KN(压)

　　弯矩Mx：118.56KN·m

　　在“3D3S”设计软件中建立三维建模计算此桁架柱，得最大应力比如下：

　　强度应力比：0.84

　　绕x轴、y轴的整体稳定性应力比：0.925

　　下面我们按规范中格构柱公式来计算此桁架柱。

　　⑴.强度计算：

　　根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.1

　　截面左上角、右上角应力均为σ=-9.85Mpa

　　截面左下角、右下角应力均为σ=-181.26Mpa

　　截面最大应力为σ=-181.26Mpa，强度应力比为0.84。

　　⑵.稳定计算：转自环球网校edu24ol.com

　　a.构件长细比计算

　　根据构件的截面形状进行分类计算

　　截面面积为：10103.36

　　与X轴垂直的斜缀条毛截面面积为：1074.42

　　截面对X轴长细比λx=145.95

　　与Y轴垂直的斜缀条毛截面面积为：1074.42

　　截面对X轴长细比λy=145.95

　　构件截面属于采用缀条的四肢格构式截面

　　换算长细比，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.3-5，5.1.3-6

　　缀条四肢格构柱，长细比λox=147.24

　　缀条四肢格构柱，长细比λoy=147.24

　　b.整体构件的稳定性

　　根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的附录C

　　对于x轴：截面属于b类，φx=0.32

　　对于y轴：截面属于b类，φy=0.32

　　截面为闭合截面或格构式不符合《钢结构设计规范》GB50017-2003所列出的分类形式，因此取均匀弯曲受弯构件整体稳定验算φb=1.00。

　　根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.6-1，其中My的平面外稳定作用根据规范5.2.3条忽略。

　　整体稳定应力σ=440.70Mpa，应力比=2.05。超出了容许应力，不安全。

　　对于分肢及缀条的强度、稳定性的验算本文从简。

　　从上面的计算分析可以看出，对于长细比比较大的桁架柱，忽视整体稳定计算是不安全的，在对整体稳定分析缺少计算条件的情况下，可以将规范中关于格构柱的理论作为设计参考。

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